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Title: Efeitos de campo magnético oscilante no movimento de organismos magnetotácticos
Authors: Melo, Roger Duarte de
metadata.dc.contributor.advisor: Avalos, Duarte Acosta
metadata.dc.contributor.members: Avalos, Daniel Acosta
Macario, Kita Chaves Damasio
Abraçado, Leida Gomes
Issue Date: 2018
Publisher: Universidade Federal Fluminense
Citation: Melo, Roger Duarte de. Efeitos de campo magnético oscilante no movimento de organismos magnetotácticos. 2018. 47f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação de Física)-Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, 2018
Abstract: Bactérias Magnéticas (BM) são micro-organismos anaeróbicos ou microaeróbicos que possuem magnetossomos, organelas formadas por cristais de magnetita (Fe3O4) ou greigita (Fe3S4) envolvidas numa membrana. Os magnetossomos organizam-se em cadeias lineares e as BM os utilizam como bússola para se guiarem nas linhas de campo geomagnético para as zonas ideais de concentração de O2. Um organismo magnetotáctico em especial é o 'Candidatus Magnetoglobus multicellularis' (CMm). O CMm é um procarioto magnetotáctico multicelular, por ser um agregado de BMs capazes de se guiar segundo as linhas de campo magnético, mas nenhuma delas consegue sobreviver sozinha, o que o caracteriza como um organismo único. Estudos de campos magnéticos alternados tem demonstrado que campos magnéticos combinados (CMC) da forma B=Bcc+Baccos(2πft), podem atrapalhar ou inibir a funcionalidade de proteínas com íons ligados, onde f é a frequência ciclotrônica desses íons (f=(1/2πm)qBcc, onde q e m a carga e a massa do íon, respectivamente). O modelo de Lednev prevê que apenas a componente de Bcc colinear a Bac é importante para o cálculo da frequência ciclotrônica. Ele assume que os efeitos observados estão relacionados com a interferência entre a radiação emitida pelos diferentes estados energéticos dos íons oscilantes, e que a probabilidade de transição entre diferentes estados excitados depende de funções de Bessel da forma Jn(nBac/Bcc). Em especial, para n=1, J1(Bac/Bcc) possui o primeiro máximo em Bac/Bcc=1,8. Assumindo que micro-organismos nadam em uma trajetória de hélice cilíndrica, é possível analisar o movimento desses organismos no tempo e assim calcular os seguintes parâmetros: velocidade, frequência de oscilação e raio da hélice, bem como o ângulo da trajetória com o campo magnético aplicado. Utilizando dois pares de bobinas paralelas, um ligado a uma fonte de corrente direta e outro ligado a um gerador de funções, fomos capazes de aplicar um CMC, com as frequências ciclotrônicas dos íons Ca2+, K+, Fe2+, Fe3+, para testar se existe algum bioefeito desses íons no movimento de BM selvagens e em CMms. Para BMs, observamos que a presença do CMC na frequência ciclotrônica do Ca2+ é capaz de alterar a velocidade, a frequência e o raio da hélice. Para CMms, observamos efeitos para a frequência ciclotrônica do Fe2+, o qual gera uma diminuição na sua velocidade e frequência. Pela concentração de sais na água em que os CMms estão, decidimos refazer os experimentos para Ca2+, com um quelante chamado EDTA, o qual captura o íon cálcio da água, não permitindo que ele volte para o interior das células desses organismos. Nossos resultados mostram que o CMC muda o movimento dos CMms na presença do EDTA.
metadata.dc.description.abstractother: MagnetotaticBacteria (MTB) are anaerobic or microaerobic microorganisms with magnetossomes, which are organelles formed for magnetite’s (Fe3O4) or greigite’s (Fe3S4) crystals involved by a membrane. Magnetossomes are organized in linear chains in order to MTB use then as compass to guide them to ideal concentrations zones of O2following the geomagnetic fields lines. One special magnetotactic organism is the ‘Candidatus Magnetoglobus multicellularis’ (CMm). The CMm is a multicellular magnetotactitc prokaryote, since it is a MTB aggregate capable to guide it selves through the magnetic fields lines, but none MTB from aggregate can survive alone, thus characterized it as a single organism. Alternating magnetic fields studies show combined magnetic fields (CMC) in the form B=Bdc+Baccos(2ft) can disturb or inhibit the proteins functionality associated with bound ions, where f is the cyclotron’s frequency of these ions (f=(1/2m)qBdc, with q and m being charge and the mass of the ion, respectively). The Lednev’s model predicts the only component of Bcc collinear Bac is important to the calculation of cyclotron frequency. It assumes that observed effects are results of interference between radiation emitted by oscillating ions in different energy states, and the probability of transition between different energy states depends of Bessel’s functions in the form Jn(nBac/Bdc). In special, for n=1, J1(Bac/Bdc), has the first maximum for Bac/Bdc=1,8. Assuming microorganisms swim in a trajectory similar to a cylindrical propeller, it is possible to analyze the movement of these organisms a time function and calculate the following parameters: velocity, oscillation frequency and propeller radius, as well as the angle the trajectory made with the applied magnetic field. Using two pairs of coils, the first one connected with a direct current source and the second one connected with a function generator, we can apply a CMC, with the cyclotron frequencies of the ions Ca2+, K+, Fe2+, Fe3+, in order to test if there are some bioeffects of these ions in the wild MTB and CMm movement. For MTB, we observed that the presence of CMC tuned in the cyclotron frequency of Ca2+ was able to change the velocity, frequency and trajectory radius. For CMms, we observed effects for the cyclotron frequency of Fe2+, which generate a decrease in velocity and frequency. Due to the salts concentration in the water where CMm live, we decided to remake the experiments with Ca2+, using the chelator called EDTA, which captures free calcium ions in water, preventing them from getting back to the CMm cells. Our results showed that CMC change the movement of CMm in the presence of EDTA.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/7397
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